2016旗艦芯誰爭鋒?高通驍龍820、三星Exynos 8890、華為麒麟950還是MTK

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最近,各大晶片廠商都公布了專為明年移動設備設計的新一代旗艦級一體式 SoC 系統級移動晶片。其中,高通正式推出了 Snapdragon 820,三星推出了 Exynos 8890,華為海思推出了麒麟 950,聯發科雖未正式公布,但在今年年初也已經透露了 2016 年的旗艦晶片計劃。除了關於高通 KRYO 和三星定製內核的更具體細節還有所隱藏之外,這些晶片大多分信息都已經公布。下面我們就來做個比較詳細的初步對比,讓大家提前了解明年上半年市場有多激烈。

下面這張表是這批新處理器官方公布的基本參數規格對比:

要麼定製內核,要麼就是堆「多核」

2015 年無疑是晶片領域經歷「多核戰爭」的一年,幾乎所有主要的晶片廠商都發布了八核心的處理器。不過,2016 年戰場分割開來了,雖然海思、聯發科和三星仍繼續採用 ARM 的 big.LITTLE 架構設計,但高通的 Snapdragon 820 已經重新回歸四核心(不對稱的 2×2集群)設計。另一方面,聯發科仍堅持「多核」戰略,甚至在 Helio X20 中進擊的採用了 10 核心設計,將低、中、高三組不同檔次內核組合到一起,能夠在不同場景中從低功耗內核快速平穩切換到高性能內核。

ARM 最初提供的 big.LITTLE 架構設計方案,就是以高性能與低功耗 CPU 內核混合為基礎,目的是針對不同的任務平衡功耗和性能。高通的 Snapdragon 820 中使用了 4 個幾乎相同的定製 CPU 內核,命名均叫做 KRYO,不過高通借鑑了 big.LITTLE 的設計,選擇了不同頻率內核組成兩組異構 CPU 集群。高通專注於異構計算(Heterogeneous Compute),因此有信心吹捧 KYRO 內核性能提升同時,仍可以讓功耗保持在非常低的水平。

說到異構計算,無論是聯發科的 X20 還是海思的麒麟 950,均配備了 ARM 微控制器為基礎的「協處理內核」,該內核的主要工作就是接管那些 「全天候」的任務,以達到省電的目的,其中聯發科 X20 的「協處理器」採用的 ARM 公版設計的 Cortex-M4 內核,而麒麟 950 則使用了更加強大的 Cortex-M7 內核,ARM 早期就已經說明了這兩個內核的特徵,不僅高能效,更有助於讓設備在閒置和休眠時最大化地降低能耗。

高通 Snapdragon 820 沒有「協處理器」,但為此準備了重新設計的 Hexagon 680 DSP ,作用相當於完全獨立的「協處理器」。不過, Hexagon 680 DSP 除了主要負責作為與各類「持久續航」感測器的樞紐之外,還供了超低功耗的高級圖像處理能力,幫助攝像頭及計算視覺應用時加速 ISP 等,負責更多 CPU 和 GPU 之外的工作。

對比過去,相信大家都發現了,所有未來的移動 SoC 晶片,設計上將變得越來越複雜了,也越來越強大了。

形成差異化的定製 CPU 內核

高通 Snapdragon 820 不僅回歸到了四核心設計,而且還延續了之前定製 CPU 內核的習慣,而不再像 Snapdragon 810 那樣直接採用公版的 Cortex-A57 或 A53 設計,只不過其定製的 KRYO 內核還是試用了與其他主流移動處理器相同的 ARMv8-A (32/64-bit) 指令集。

高通沒有「解剖」最新的 KRYO 內核,不過高通與早前「金環蛇(Krait)」時代所做的又有所不同。高通將 Snapdragon 820 的兩個組內核調整為不同的頻率,而且兩個不同頻的內核還分別配置了不同的緩存。雖然不是 ARM 的 big.LITTLE 設計方案,但思路和體系結構卻基本相同,這樣的設計有助於對能效和性能進行更深入的優化。

KRYO 是高通首款定製設計的 64 位四核 CPU 內核,面向異構計算而高度優化,並利用 Symphony 系統管理工具,將任務調度和功率管理延伸至整個處理器各項組件,包括 CPU、Spectra ISP、驍龍顯示引擎、GPU、GPS 和內存系統,針對不同的任務可以更有效的結合起來,最大化地提升系統性能和效能。高通表示定製的 KRYO 內核,相比上一代晶片性能和續航時間提升了兩倍,我們不清楚在實際應用中是否有如此明顯的表現,因為最近的一些測試表明了只有超過 30% 的提升。

三星終於也走向了自主定製高性能 CPU 內核的道路,最新的 Exynos 8890 SoC 晶片中有 4 個是定製內核,三星表示在定製內核的幫助下,Exynos 8890 相比 Exynos 7420 性能提升 30%,能效也提升了 10%。換句話說,Exynos 8890 單核心性能應該非常強勁,不過與高通不同的是,三星的晶片仍採用了ARM 的 big.LITTLE 設計方案,即 4 個定製的高性能 CPU 內核加上 4 個低功耗的 Cortex-A53 內核。

毫無疑問,高通和三星都在為單核性能提升而努力,而且也都在設計更適合智慧型手機的晶片,無論是性能還是能耗方面,真的輸贏還說不準,因為他們都採用了定製的高性能 CPU 內核,而非 ARM 直接提供的 Cortex-A72 內核,能效的收益應該比公版更加客觀。對於後起的兩家晶片廠商聯發科和海思,依然採用了公版 A73 加上 A53 的設計,聯發科認為 X20 使用 2 個 A72 能夠達到絕佳的平衡點,而麒麟 950 則使用了 4 個峰值性能的內核。

雖然目前這些晶片還未正式出貨,但是我們可以預見,到了 2016 年,各廠商在 CPU 設計上可能還將會發生更大的變化,屆時將導致各個晶片在性能和能效方面產生一些非常不同的結果。

GPU 圖形處理單元

這批全新的晶片全都升級了最新的 GPU 組件。

AMR 提供的 Mali-T800 是新一代後代高端移動 GPU,官方稱其能效提升了 40%,並且新的設計晶片廠通過自行定製 GPU 內核數量性能最高可以提升 80%。

聯發科的 Helio X20 和海思的麒麟 920 均是 ARM 公版 GPU,而且也都定製了四核設計。三星在今年年終與 ARM 簽署了 GPU 長期合作協議,所以未來所有的三星搭載自家 Exynos 晶片都將採用來自 ARM 的 Mali GPU。三星沒有公布 Exynos 8890 中 Mali-T800 的核心數量,不過初步測試有可能是 Mali-T880MP12,也就是 12 個圖形核心,性能上無疑暴打聯發科和海思。

真正採用自家 GPU 的在這之中只有高通了,根據高通的表述,新一代型號為 Adreno 530 的 GPU ,與 Adreno 430 相比可提供高達 40% 的圖形處理性能、計算能力和功率利用率,同時還能降低 40% 的功耗。高通為其優化了很多,包括支持 OpenGL ES 3.1+AEP 和 DirectX 12,支持硬解 h.265(HEVC) [email protected],還有 VR 虛擬現實技術等等。

性能上對比誰強誰弱?

上面說了這麼多,我們都沒有提到的一點就是,這批晶片幾乎都採用了全新的製造商工藝,其中三星憑藉自家的 14nm FinFET 工藝最為領先。高通 Snapdragon 820 也採用了 14nm 工藝製程,不出意外就是三星的工藝。麒麟 950 採用的則是台積電的 16nm FinFET 工藝,理論上比之前任何一代麒麟能效都更高。而聯發科的 Hello X20 仍停留在目前主流的 20nm 工藝製程。

說實話,關於性能由於沒有任何搭載這些晶片的真機設備,所以很難知曉他們的真實性能。我們只能憑藉網上一些泄露的基準測試來進行初步判定,之所以說是「初步判斷」,那是因為這些成績均無法作為最終測試結果,當真機成品發布之後,非常有可能還會發生巨大的改變。

下面是根據網絡泄露匯總下來的結果:

我們可以看到,在 GeekBench 跑分項目上,高通的 KRYO 內核與 ARM 公版的 Cortex-A72 在單核性能上相當接近,相比當前一代 Cortex-A57 而言提升非常大。不過在 CPU 跑分上三星自主定製的高性能 CPU 內核依然如虎添翼,三星跑分從來都是業界最高,究竟定製了什麼內容非常令人期待。

擁有多內核和額外低功耗內核的聯發科 Helio X20 以及麒麟 950,在多核性能測試上遠超過了高通,不過這是可以預料的事情,畢竟 X20 不僅有兩個高性能的 Cortex-A72 內核,還附帶了 8 個低功耗的 Cortex-A53 內核,只不過 X20 仍然落後於八核的麒麟 950 以及三星的 Exynos 8890。其實放在實際使用體驗中,這些差距並不會非常顯著。

當然,真正能夠體現實力的應該還是能效水平,每瓦的性能相當重要,高通已經明確提出其 Snapdragon 820 最大化地提升效率和效能,究竟能否成為能效最優秀的晶片,還有待後期出貨之後測試。

有意思的是,不同的跑分應用提供的跑分成績截然不同,將AnTuTu 跑分與 GeekBench 相比不難發現其中的差異,我們認為目前 AnTuTu 不足以用來參考,你可以看到三星 Exynos 740 的跑分比下一代旗艦 Exynos 8890 還高, 我們不清楚是否開啟了省電模式進行測試,但當前很難作為參考。

至於 GPU 的性能測試,現在網上也沒有太多的數據可以提供參考,這些還有待成品智慧型手機上市之後才能下定論了。總體而言,新一批旗艦級移動 SoC 晶片都有了非常大的提升。

有沒有差異化的獨家功能呢?

SoC 既然稱之為系統級的一體式晶片,那麼肯定就不只有處理性能的定義,現在很多晶片都已經增加了不少高端的功能,比如增強的 DPS、ISP 等等,廠商們甚至專門為連接性和實際用戶體驗進行了深入的優化。

就目前而言,更高解析度和多 ISP 支持仍然是最大的賣點。高通晶片的設計目標通常放在這兩個領域,其最新的 Spectra ISP 圖像信號處理器是高通最先進的雙 ISP 方案,支持最新的 14 位傳感器,支持三攝像頭(雙後置攝像頭和 1 個前置攝像頭),支持混合自動對焦和多傳感器融合算法,支持 2800 萬像素的傳感器。

相比而言,華為的麒麟 950 處理器也擁有雙 ISP 支持,最高可支持 3400 萬像素的傳感器,而聯發科的 Helio X20 則以可以處理 24fps 的 3200 萬像素或 30fps 的 2500 萬像素視頻為賣點。

幾乎所有的晶片廠商都紛紛表示,他們對 ISP 圖像信號處理器和 DSP 數位訊號處理器進行了一定的改進,比如更快速的算法,提升數據處理和成像速度,更廣泛的色彩和更自然的膚色等等。總體而言,每一個 ISP 明年都有非常明顯的改進,不過這一切在一定程度上也都將依賴於 GPU 的性能。

高通還有個獨家的功能,也就是 Quick Charge 3.0 快速充電技術,這是目前市面上最快且最有效的充電技術,Quick Charge 3.0 比普通充電要快 4 倍,且效率比 Quick Charge 2.0 提高了 38%。其他晶片廠商也提到了無線充電技術,但他們沒有具體公布技術細節。

當涉及到連接性方面,高通很顯然要領先於其他廠商,其內置的 X12 LTE 上行將支持 Cat.12 類網絡,最高傳輸速度也達到了 150 Mbps,下行支持 Cat.13,最高傳輸速度達 600 Mbps,對比華為和聯發科 Modem 只能提供最高 300Mbps 的速度,並且高通的「貓」還支持 2x2 MU-MIMO(802.11ac) 峰值速率最高達 867 Mbps,支持Wi-Fi 802.11ad 三頻技術,11ad 的峰值速率最高可達 4.6 Gbps。

華為、高通和三星的晶片都支持 LTE 語音(VoLTE) 和 LTE 視頻 (ViLTE)通話服務,以及 Wi-Fi 高清語音與視頻通話技術。不過需要注意的是,連接性能夠提供的都是峰值速度,大多數運營商提供的網絡基本無法達到,而且也從不匹配,這與網絡建設有很大的關係,但這並阻礙網絡技術的發展。

小結

總的來說,2016 年所有的移動旗艦級晶片都在性能、續航和功能上有顯著的改進,而且行業的發展方向與 2015 年幾乎家家採用公版設計的思路大為不同,每一家都有自己的特色和設計思路,究竟搭載這些晶片的手機在實際體驗中哪有些差距將是非常值得關注的事情,而且未來晶片的發展方向將非常令人期待。

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